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Einfluss auf das Ökosystem untersuchen

Mit DNA-Analysen Lachsfarmen überwachen

| Redakteur: Marc Platthaus

In solchen Käfigen werden die Fische aufgezogen.
In solchen Käfigen werden die Fische aufgezogen. (Bild: Stoeck)

Fisch steht bei vielen Deutschen immer häufiger auf dem Speiseplan. Um den Bedarf an Lachs, dem beliebtesten Speisefisch, zu decken, gibt es unter anderem an den Küsten Skandinaviens und Schottlands viele Lachsfarmen, die strengen Umweltkriterien unterliegen. Ökologen der Technischen Universität Kaiserslautern haben nun eine schnelle Methode entwickelt, um den Einfluss solcher Lachsfarmen auf die marine Umgebung zu ermitteln.

Kaiserslautern – Für Lachsfarmen gelten strenge Umweltauflagen. Die Farmer müssen überprüfen, wie die Fischzucht das Ökosystem beeinflusst. Dazu analysieren sie, welche Tiere wie Krebse und Würmer auf dem Meeresboden vorkommen. Doch dies ist zeitaufwendig und teuer. An einem schnellen und effizienteren Verfahren arbeiten Forscher der Technischen Universität Kaiserslautern (TUK). Sie nutzen die DNA von Kleinstlebewesen. Damit lassen sich Veränderungen genauer charakterisieren, als dies bislang der Fall war.

Jeder Deutsche isst 14 Kilogramm Fisch pro Jahr

Rund 14 Kilogramm Fisch isst jeder Deutsche im Schnitt pro Jahr – besonders häufig kommt dabei Lachs auf den Tisch. Mit mehr als 1,2 Millionen Tonnen jährlich zählt Norwegen zu den größten Lachs-Produzenten weltweit. In großen Käfigen vor der Küste werden die Fische circa zwei Jahre lang aufgezogen. Dabei beeinflussen Futterreste und Ausscheidungen der Fische das Ökosystem im Wasser und auf dem Meeresboden: Bakterien bauen diese Stoffe ab und verbrauchen dabei Sauerstoff. In der Folge kann der Sauerstoffgehalt derart sinken, dass viele Tiere wie Würmer, Krebse oder Seeigel absterben.

Deshalb haben die Umweltbehörden den Lachsfarmen strenge Auflagen auferlegt. „Der Wasseraustausch durch Meeresströmung muss groß genug sein, um die Fische mit Sauerstoff zu versorgen und möglichst viele Abfallstoffe abzutransportieren“, sagt Professor Dr. Thorsten Stoeck, der an der TUK zur Ökologie forscht. „Auch darf es nur unmittelbar unterhalb der Farmen zu einer massiven Veränderung des Ökosystems kommen.“

Wissenschaftler untersuchen DNA von Kleinstlebewesen

Um zu überprüfen, wie sich Flora und Fauna auf dem Meeresboden verändern, müssen die Farmer Proben vom Meeresboden entnehmen. „Anhand der vorhandenen Lebewesen kann man sehen, wie es zum Beispiel um die Gesundheit des Meeresbodens bestellt ist. Die Tiere dienen als Indikatoren“, fährt der Professor fort. Allerdings ist dieser Prozess teuer und sehr aufwendig; es dauert nicht selten bis zu einem halbes Jahr, bis Ergebnisse vorliegen. Zu lange, um Maßnahmen zu ergreifen, wenn das Ökosystem zu stark belastet ist.

Ein einfaches, schnelleres und kostengünstigeres Verfahren entwickelt derzeit das Team um Stoeck in seinem Labor auf dem Kaiserslauterer Campus. Die Forscher erhalten die Proben von den Farmen und isolieren Kleinstlebewesen, zum Beispiel Wimperntierchen, auch Ciliaten genannt. Für ihr Verfahren nutzen die Wissenschaftler deren DNA. „Ihr genetisches Material ist wie ein Fingerabdruck, der nur einer Person zugeordnet werden kann“, sagt der Ökologe. „Ergebnisse liegen hierbei bereits nach rund einer Woche vor.“ Mithilfe der Tierchen ist es zudem möglich, eine genauere Aussage zum Grad der Verschmutzung zu treffen, als dies ist mit der herkömmlichen Methode der Fall ist. „Viele Krebse und Würmer sterben ab, wenn die Sauerstoffkonzentration im Wasser sinkt“, sagt Stoeck. „Mikroben sind hier wesentlich resistenter. Sie kommen besser mit Verschmutzungen und Schadstoff-Belastungen zurecht und passen sich schneller an sich verändernde Bedingungen an.“

Datenbank mit DNA-Profilen

Ziel des Projekts ist es, eine Datenbank aufzubauen, bei der DNA-Fingerabdrücke der verschiedenen Kleinstlebewesen hinterlegt sind. „Damit werden wir so genannte DNA-Barcodes erstellen ähnlich wie bei den Barcodes für Lebensmittel im Supermarkt“, sagt Stoeck weiter, der mit seinem Team weltweit Sedimentproben von verschiedenen Fischfarmen entnehmen wird. „Anhand derer können die Farmer schnell erkennen, wie es um die Gesundheit des Ökosystems bestellt ist.“

Langfristig könnten Farmer zum Beispiel einen DNA-Chip nutzen, mit dessen Hilfe sich die Sedimentproben direkt vor Ort analysieren ließen. Der angezeigte Barcode gibt ihnen dann zeitnah Aufschluss über den Zustand des Meeres. So könnten die Farmer auch schneller auf Probleme reagieren. Derzeit untersuchen sie die vorherrschenden Umweltbedingungen nur, bevor die Fische in die Käfige gesetzt werden und nachdem sie „abgeerntet“ worden sind.

Das Projekt wird von der Deutschen Forschungsgemeinschaft finanziell gefördert. Die Kaiserslauterer Forscher arbeiten hierbei eng mit Kollegen der Universität Genf sowie norwegischen und schottischen Lachsfarmen zusammen.

Originalpublikation: T. Stoeck, R. Kochems, D. Forster, F. Lejzerowicz, J. Pawlowski, Metabarcoding of benthic ciliate communities shows high potential for environmental monitoring in salmon aquaculture, Ecological Indicators; Volume 85, February 2018, Pages 153-164

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